【摘 要】
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骨干级路由器散热系统对散热性能和应用可靠性均有很高的要求,从散热能力方面来看,液冷性能最佳,风冷其次,自然散热最低;而应用可靠性方面,液冷可靠性最低,风冷其次,自然散热最优。综合来看,强迫风冷的散热方式在散热性能和应用可靠性方面均有着不错的表现,同时结合业界主流厂家在解决骨干级路由器散热上基本采用的是强迫风冷的形式,本文采用强迫风冷的散热方式,研究其在高功耗密度的骨干级路由器系统的散热解决方案。所
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骨干级路由器散热系统对散热性能和应用可靠性均有很高的要求,从散热能力方面来看,液冷性能最佳,风冷其次,自然散热最低;而应用可靠性方面,液冷可靠性最低,风冷其次,自然散热最优。综合来看,强迫风冷的散热方式在散热性能和应用可靠性方面均有着不错的表现,同时结合业界主流厂家在解决骨干级路由器散热上基本采用的是强迫风冷的形式,本文采用强迫风冷的散热方式,研究其在高功耗密度的骨干级路由器系统的散热解决方案。所研究的对象——骨干级路由器系统,单槽位功耗密度147W/L。根据工程应用经验,功耗密度超过120W/L,建议采用液冷散热方式,而液冷散热可靠性无法满足骨干级路由器的要求。因此,在采用风冷散热方式情况下,面临着极大的散热挑战。本文通过采用通讯设备行业专业的散热仿真软件flotherm完成了系统级、单板级的散热评估及散热优化工作。系统级散热能力提升方面,采用降噪风机技术提升了7%系统散热能力,通过流场优化技术挖潜提升了5%的系统散热能力,利用流场协同技术弥补了瓶颈槽位11.5%的散热能力缺陷。单板级散热优化,针对光模块超温约10℃的工程普适性难点,给出了对光模块排布方式、光鼠笼选择、光模块散热器方案的规律性建议;针对关键芯片超温5.9℃难题,采用VC、热管浮动等先进散热技术,改善芯片散热6.5℃,通过仿真对比评估,找到散热齿排布对散热影响的规律——常温调速场景,齿间风速控制在2～3m/s,是散热面积和散热效率的平衡点;结合工程应用经验,创造性的应用托盘辅助散热方式,有效解决仿真不确定性带来的散热超温问题。经热测试验证,通过仿真研究锁定的关键散热措施,能够满足系统的散热要求。通过调整混风空间的大小,结合其他工程影响实例,形成了风扇与障碍物距离对系统噪声影响的规律性结论:抽风情况下,风扇与障碍物的距离至少需要大于扇叶半径,否则容易造成啸叫或系统噪声增大。在没有足够的混风空间情况下,可以通过波导板强化流场的稳定性,对于噪声改善约1.5d BA。单芯片功耗密度高达60W/cm~2时,采用VC散热器技术,结合VC腔体均温优化,可将基板均温性控制在5℃范围内——相同条件下,铜基板均温性约10℃,铝基板均温性高达约15℃。通过实验测试对比,摸清了散热器基板厚度对散热器的热容量及热阻的相互影响关系,基板太薄热容量太小,太厚热阻反而增加,对于单体散热器而言,基板厚度最佳为3～5mm。结合仿真分析结果,找出了造成仿真偏差的三大关键因素:芯片功耗、结构实现细节、导热材料属性。经仿真复盘回归后,仿真与实测的偏差可控制在±3℃范围内。本文在采用强迫风冷技术条件下,通过系统级和单板级的散热技术挖潜和优化,最终实现了147W/L的高功耗密度骨干级路由器系统的散热。系统级和单板级的散热技术、解决思路,可以为通讯设备行业复杂风冷系统散热设计提供有效的参考和借鉴;散热设计仿真偏差分析及精度控制具有重要的工程应用指导意义。
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